光学工艺与测量

1、光学工艺与测量,定心磨边的目的,将光轴与其基准轴不重合的情况进行校正，从而满足透镜零件装配的需要。 定心：通过光学或机械的方法寻找并确定透镜光轴与基准轴重合的位置，即透镜光学表面定心顶点处的法线与基准轴(机床的回转轴)重合的位置,磨边：透镜定心后加紧，用砂轮或金刚石磨轮磨削透镜的外圆，以获得满足图纸上要求直径的透镜， 透镜的定心方法：光学定心和机械定心,第1节 透镜中心误差的表述及相互关系,一、透镜中心误差的表述,它是指光学表面定心顶点处得法线对基准轴的偏离量。 定心顶点是光学表面与基准轴的交点。 透镜中心误差用光学表面定心顶点处的法线与基准轴的夹角来度量,面倾角x：光学表面定心顶点处的法线与

2、基准轴的夹角。 偏心差c/mm：透镜几何轴与光轴在透镜中心处的偏离量；对于薄透镜就是透镜几何中心对光心的偏离量,球心偏a/mm：透镜光学表面的曲率中心对基准轴的偏离量。 边厚差t：透镜边缘厚度的差值,二、透镜中心误差各种表述之间的关系,1.偏心差与边厚差之间的关系 2.面倾角与球心偏之间的关系 3.面倾角与偏心差之间的关系 4.偏心差与球心差之间的关系,第2节 光学法定心,一、表面反射像定心法,双凹透镜的定心原理示意图 定心时，将一光源放在透镜的前上方A处，转动接头，根据非粘结面的光源反射像的跳动来移动透镜，使其光轴与夹头轴线重合。当像转到上面，则将透镜沿着夹头端面向下移动，像转到下面，则反之

3、，直至像不移动或在允许范围内，即完成定心,A,A,表面反射像定心,这种定心是用肉眼直接观察像的跳动，与表示中心误差的各参量之间没有直接的关系，但是它的大小反映出透镜中心误差的大小。 这种定心方法精度不高，一般为0.05mm左右。但所需的设备简单，操作方便，适用于单件或小批量生产,二、球心自准反射像法,1.定心原理 球心自准反射像法定心原理如图11-3所示。从十字分划A发出的光线，由垂直放大率为的光学系统对透镜的表面曲率中心成像，经被检面球心反射回来的十字像位于分划板上A处。如果透镜的球心偏为c，转动透镜，十字像A亦随之跳动，像的跳动量为4c。若分划板的分划值为b，则允许像A的跳动格数为m=4c

4、/b,A,A,被定心透镜,自准显微镜的物镜部分,分划板,如果像的跳动格数超过了这个范围，必须移动透镜，直至十字像不跳动或在允许的范围内跳动。 定心时，首先必须找出透镜的校正点。对于透镜非粘结面，其校正点就是它的曲率中心，而粘结面的校正点位置可用近轴球面折射公式计算,然后根据校正点到透镜非粘结面的距离，选择合适的物镜。 选择的原则是： 当物镜的物方焦点置于校正点上时，物镜与透镜非粘结面的距离x不小于10mm，以便于操作。 该方法具有较高的定心精度，主要用于小直径、小曲率半径的透镜定心,三、光学电视定心,如果把透镜球心成像到一个可视化的显示屏上，就是所谓的光学电视定心法。 假设电视摄像管的分辨率为

5、N（lp/mm），光学系统的垂轴分辨率为，则通过电视系统观察透镜球心像的定心精度P为： P=1/(4N) 该方法的特点：精度高、速度快、减轻了人眼疲劳,四、透射像定心法,它是通过观察透镜的透射像与几何轴的偏离来定心的。 将透镜胶在接头上，接头的端面严格垂直于机床主轴，即几何轴,定心时，转动透镜，则通过透镜透射过来的十字分划像有跳动，其跳动量表示透镜像方焦点对基准轴的偏离量，反映出透镜几何轴与光轴在透镜光心处的偏离量。 透镜的偏心差c： c=bn/2 n：跳动格数 b:分划板实际格值,五、激光定心法,激光定心仪由三部分组成，即可调焦的激光器、二维的位置传感器、电子处理和显示部分。 其测量原理：从

6、激光发出的光经可调焦的光学系统通过定心透镜，在透镜后用带可调千分尺的光电晶体转换器接收光点像，然后将光点像显示在显示器上,透镜是夹在两个空心夹具之间的，激光可以通过，而且是通过透镜的中心。 通过转动透镜可以从光点在感光片上的移动确定偏心差是多少。 特点：操作简单、速度快、精度高,第3节 机械法定心,一、定心原理,机械法定心是将透镜放在一对同轴精度高、端面精确垂直于轴线的接头之间，利用弹簧压力夹紧透镜，根据力的平衡来实现定心。其中一个接头可以转动，另一个既能转动又能沿轴向移动,当透镜光轴与机床主轴尚未重合时，如图11-9所示，假设接头与透镜在A点接触，则接头施加给透镜压力N，方向垂直于透镜表面。

7、压力N可分解为垂直于接头端面的夹紧力F和垂直于轴线的定心力P,定心力P将克服透镜与接头之间的摩擦力，使透镜沿垂直于轴线方向移动，夹紧力F将推动透镜沿轴线方向移动。当透镜光轴重合时，定心力就达到平衡，即完成定心,二、定心系数,光学镜片在定心之前，可计算定心系统K值来判断加工的难易度，作为设计工艺与夹具的参考,定心精度除与机床、接头精度有关外，与透镜和接头之间的摩擦系数、透镜的曲率半径和接头直径有关。 摩擦系数越小，定心精度越高。在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高,第4节 磨边与倒角工艺,一、磨边与倒角,1.磨边方式： 平行磨削：是指磨轮轴线与透镜轴线平行，磨削效率高，而且易于调整

8、，是一种最为常见的磨削方式。 倾斜磨削：将磨轮调整一定的角度，这样可以改善零件的受力状况，避免零件受磨轮推力过大而造成脱落,平行磨削,倾斜磨削,端面磨削：采用磨轮端面磨削玻璃，不存在使零件脱落的作用力，磨削效率高；缺点是容易磨出锥面或非柱面。 垂直磨削：这种磨削方式也不会使零件脱落，而且进刀比较容易,端面磨削,垂直磨削,2.倒角类别： 保护性倒角+设计性倒角 保护性倒角是为了防止零件在装配时，尖锐的边缘被碰破，也防止划破工人的手。 又分为：成型金刚石倒角、砂轮倒角和倒角模倒角。 倒角宽度与零件直径和零件类型有关系,二、影响定心精度的因素,1.机床主轴的径向跳动 机床主轴径向跳动会造成透镜基准轴

9、的位置变化，因此，应使其径向跳动量小于定心精度,2.接头 为了保证机械定心的精度，防止接头划伤透镜的通光表面，以及透镜粘结面的曲率中心与接头几何轴重合的程度，接头应满足以下要求,接头的几何轴与机床主轴的重合精度应高于定心精度； 接头端面应与几何轴线严格垂直； 接头端面应光滑，不能擦伤透镜表面，端面粗糙度为0.16以上； 接头外径应比定心透镜名义直径小0.15-0.30mm，并带有通气小孔，接头壁厚一般为1mm,接头具有一定的刚度，光学法定心接头用黄铜，机械法定心接头可用黄铜或45号钢。 对于机械法定心，夹持透镜的两个主轴的同轴度也有要求，一般为0.0050.010mm。一般接头外径比透镜完工直

10、径小0.20.4mm,3.定心角 对于机械定心，除了上述两个影响因素外，透镜与接头的摩擦系数、透镜的曲率半径以及接头直径对定心精度也有影响。 透镜与接头的摩擦系数越小，定心精度越高，而摩擦系数又与润滑液种类有关,在接头直径不变时，透镜的曲率半径越小，定心精度越高。 对于弯月透镜，可使曲率半径较小的一面对直径较大的接头，曲率半径较大的一面对直径较小的接头，以提高定心精度,三、影响定心的工艺因素,1.磨轮 透镜的定心磨边通常采用金刚石砂轮或碳化硅砂轮，加工光学玻璃常用青铜结合剂，加工晶体可以用树脂结合剂。 其磨料粒度按透镜的直径大小选择，对于大直径透镜，采用180#，小直径透镜采用240#或280,磨轮的转速与透镜的直径有关系，直径越大，转速越高，一般为1535m/s,2.粘结胶 它的主要成分是松香和虫胶漆，还有少量的蜂蜡和矿物油。需满足以下要求： 1）足够的强度，以保证透镜不会从接头上脱落 2）软化点低，以便稍加热即可调节透镜的位置 3）磨边后，容易清洗透镜和接头 4）良好地化学稳定性，不致腐蚀磨边透镜,3.冷却液 它可分为油性和水性，具有粘度低、冷却性强、润滑性好等特点。同时不损害皮肤，对机床设备无腐蚀，对环境无污染。 一般采用401#冷却液、GX水基冷却液等。 另透镜的磨边一般都